Il teletrasporto quantistico non è più riservato alla fantascienza
La dimostrazione arriva dallo studio di un team dell'Università di Oxford
Il teletrasporto quantistico non è più riserva di caccia della fantascienza. Gli scienziati del Dipartimento di Fisica dell’Università di Oxford hanno dimostrato il primo esempio di calcolo quantistico distribuito, uno studio che avvicina concretamente il calcolo quantistico all’uso pratico su larga scala. Utilizzando un’interfaccia di rete fotonica, hanno collegato con successo due processori quantistici separati per formare un unico computer quantistico completamente connesso, aprendo la strada per affrontare sfide computazionali precedentemente fuori portata.
Il problema di scalabilità
La svolta affronta il “problema di scalabilità” del settore quantistico: un computer quantistico abbastanza potente da rivoluzionare il settore dovrebbe essere in grado di elaborare milioni di qubit (termine coniato da Benjamin Schumacher per indicare il bit quantistico ovvero l’unità di informazione quantistica). Tuttavia, racchiudere tutti questi processori in un unico dispositivo richiederebbe una macchina di dimensioni immense. Grazie a questo nuovo approccio, piccoli dispositivi quantistici sono collegati tra loro, consentendo la distribuzione dei calcoli attraverso la rete. In teoria, non esiste alcun limite al numero di processori che potrebbero essere presenti nella rete.
L’architettura scalabile si basa su moduli che contengono ciascuno solo un piccolo numero di qubit di ioni intrappolati (portatori di informazioni quantistiche su scala atomica). Questi sono collegati tra loro utilizzando fibre ottiche e utilizzano la luce (fotoni) anziché segnali elettrici per trasmettere dati tra di loro. Questi collegamenti fotonici consentono l’entangled dei qubit in moduli separati, consentendo l’esecuzione della logica quantistica attraverso i moduli utilizzando il teletrasporto quantistico.
Una parentesi è doverosa per fornire almeno la definizione di Entanglement quantistico: un fenomeno quantistico dove due particelle, come una coppia di fotoni, rimangono correlate anche se separate da grandi distanze. Ciò consente loro di condividere informazioni senza dover viaggiare fisicamente.
Non è la prima volta che si parla di teletrasporto quantistico degli stati (già realizzato in precedenza), ma questo studio è la prima dimostrazione del teletrasporto quantistico delle porte logiche (elementi di un circuito logico che combinano dei segnali in entrata, input, fornendo in uscita, output, un altro segnale) attraverso un collegamento di rete. Secondo i ricercatori, ciò potrebbe gettare le basi per una futura “internet quantistica”, in cui processori distanti potrebbero formare una rete ultra sicura per la comunicazione, il calcolo e il rilevamento.
Il responsabile dello studio
Il responsabile dello studio Dougal Main (del Dipartimento di Fisica dell’Università di Oxford) ha dichiarato: “Le precedenti dimostrazioni del teletrasporto quantistico si sono concentrate sul trasferimento di stati quantistici tra sistemi fisicamente separati. Nel nostro studio utilizziamo il teletrasporto quantistico per creare interazioni tra questi sistemi distanti. Adattando attentamente queste interazioni, possiamo eseguire porte quantistiche logiche – le operazioni fondamentali dell’informatica quantistica – tra qubit ospitati in computer quantistici separati. Questa svolta ci consente di “collegare insieme” in modo efficace processori quantistici distinti in un unico computer quantistico completamente connesso”.
I possibili sviluppi
Il concetto è simile a quello che spiega il funzionamento dei supercomputer tradizionali. Questi sono costituiti da computer più piccoli collegati tra loro per ottenere capacità maggiori di quelle di ciascuna unità separata. Questa strategia, applicata a supercomputer quantistici, aggira molti degli ostacoli ingegneristici associati all’inserimento di un numero sempre maggiore di qubit in un unico dispositivo, preservando al tempo stesso le delicate proprietà quantistiche necessarie per calcoli accurati e robusti.
Il professor David Lucas, principale ricercatore del gruppo di ricerca e scienziato capo del Quantum Computing and Simulation Hub del Regno Unito, guidato dal Dipartimento di Fisica, ha dichiarato: “Il nostro esperimento dimostra che l’elaborazione delle informazioni quantistiche distribuite in rete è fattibile con la tecnologia attuale. L’espansione dei computer quantistici rimane una sfida tecnica formidabile che probabilmente richiederà nuove intuizioni fisiche e un intenso sforzo ingegneristico nei prossimi anni.”
Lo studio “Distributed Quantum Computing across an Optical Network Link” è stato pubblicato su Nature. L’UKRI EPSRC, tramite l’hub di calcolo e simulazione quantistica (QCS) del Regno Unito, che fa parte del programma nazionale di tecnologie quantistiche del Regno Unito, ha fornito il finanziamento principale per questa ricerca.
